Порошковая краска представляет собой пигментированную дисперсную систему, состоящую из твердых частиц, способную равномерно распределяться на окрашиваемой поверхности при нанесении и образовывать защитный слой.
Порошковая краска по металлу: свойства и характеристики
Чтобы обладать качественными характеристиками, обращают внимание на следующие показатели:
- составляющие дисперсии;
- сыпучесть;
- насыпная плотность;
- способность к распылению;
- свойства электризуемости;
- уровень псевдоожижения и др.
Дисперсионный состав
Порошкообразные краски состоят из мелких частиц разных размеров (полидисперсные системы), которые имеют значительный разброс по величине. При высокой дисперсности выделяют 2 вида: истинные и агрегаты частиц (скопления истинных частиц, ведущие себя как отдельная частица). При традиционных методах нанесения дезагрегации практически не наблюдается, поэтому истинная величина частиц, с точки зрения технологичности теряет своё значение. Более важной технологической характеристикой выступает гранулометрический состав.
Если фракционирование с помощью сита варьируется в довольно широком диапазоне от 5 до 350 мкм, то оптимальный размер частиц порошков для электростатического распыления составляет 10 – 100 мкм. Более жёсткие условия по величине дисперсионных частиц соблюдаются при получении тонких слоев – от 3 до 40 мкм. А в случае использовании порошка в кипящем слое считается, что диаметр частиц должен быть соизмерим с толщиной покрытия и достигать 350 мкм.
Дисперсность частиц должна иметь свой оптимальный фракционный диапазон в зависимости от вида и толщины покрытия и метода нанесения порошка. Высокодисперсные порошки при более лёгком сплавлении и возможности получения тонких покрытий отличаются худшим псевдоожижением, сильнее увлажняются и склоны к неравномерному осаждению на поверхности изделий. Порошки со слишком широким фракционным диапазоном склонны к сепарации и пылению, могут иметь повышенный брак поверхности покрытия.
Сыпучесть
Технические характеристики порошковых красок
Одним из обязательных условий к порошкообразным краскам являются необходимые показатели сыпучести, который определяется по времени истечения из откалиброванного отверстия или по углу естественного уклона, составляющего 36…45°.
На показатель влияет:
- химический состав;
- температура стеклования;
- форма и величина частиц, гладкость поверхности;
- увлажнение.
Низкая сыпучесть затрудняет равномерное распределение порошковой краски на окрашиваемой поверхности, усложняет технологическое оборудование.
Сыпучесть повышается у дисперсий с частичками сферической формы с низкой шероховатостью поверхности и повышением температуры стеклования, значительно снижается при снижении величины частиц и увлажнении порошков. Для повышения сыпучести используются специальные добавки, такие как пирогенный кремнезём или аэросил. Порошки предохраняют от увлажнения хранением в сухих складских помещениях в водонепроницаемой таре.
Насыпная плотность
Зависит от состава порошков, степени полидисперсности и формы частиц. В зависимости от вида плёнкообразователя плотность порошков может повышаться до двух раз. Пигментированные составы имеют большую плотность, которая увеличивается с повышением количества в составе пигментов и наполнителей.
Порошковая краска должна обладать достаточной высокой плотностью. При низкой насыпной плотности порошки неудовлетворительно «кипят», плохо распределяются на поверхности изделия.
Способность к электризации
Как и любые диэлектрики, частицы порошка во время изготовления, подготовки и использования приобретают электрические заряды. На уровень заряда влияет материал плёнкообразователя, величина частиц, влажность воздуха, интенсивность и вид механического воздействия и др.
Предрасположены к заряду частички эпоксидных, поливинилбутеральных, эпоксидно-полиэфирных и полиэтиленовых красок, что облегчает их нанесение методом электростатического напыления. Более мелкие частички порошков электризуются сильнее, дольше сохраняют заряд. При влажности воздуха более 70% электризуемость порошков значительно падает.
Электризация порошковых красок изменяет их физические свойства: снижаются сыпучесть и насыпная плотность. Чрезмерная электризация может привести к полной потере сыпучести. Уменьшение степени электризации порошковых красок вызывает значительные трудности. Даже длительная выдержка тонкого слоя порошковой краски на заземлённом металлическом листе не позволяет достичь полного изоэлектрического состояния. Степень электризации регулируют не только поверхностной обработкой и вводом антистатических добавок, но и направленным синтезом плёнкообразователей с заданными электрическими характеристиками. Используемое технологическое оборудование изготавливается из электропроводных материалов и качественно заземляется.
Способность к псевдоожижению
Технология нанесения в «кипящем слое» требует способности к псевдоожижению используемых порошков при продувке воздухом. Порошки из полиэтилена низкого давления, полиэфирных составов, полипропилена, поливинилхлорида и некоторых других материалов имеют низкую способность к псевдоожижению. Мелкодисперсные порошки с низкой сыпучестью и высокой влажностью могут вообще не «кипеть». Использование специального оборудования для получения «кипящего слоя», такие как вибровихревые установки, значительно повышает затраты на нанесение порошковых покрытий.
Свойство псевдоожижения повышается при увеличении частиц, создания шарообразной формы, снижении шероховатости поверхности и влажности.
Составы порошковых красок
Применение порошковой краски в промышленности
Среди компонентов выделяют:
- плёнкообразователи;
- пигменты и наполнители;
- пластификаторы;
- модификаторы;
- отвердители и ускорители;
- вспомогательные добавки
Характеристики плёнкообразователя:
- Являются твердыми веществами, которые могут находиться в аморфном или кристаллическом виде.
- Представляют собой сыпучие порошки.
- Малые показатели температуры плавки и вязкости расплава.
- Формируют пленку через расплавы при нагреве.
- Имеют высокую температуру деструкции.
Порошковые краски по виду плёнкообразователей, являющихся их основой, подразделяется:
- термопластические;
- термореактивые.
Термопласты не проходят химических изменений при нагреве и получили более широкое распространение за счёт:
- стабильности получаемых композиций;
- быстрого формирования покрытий;
- доступность.
Основным недостатком термопластических плёнкообразователей является низкая адгезионная прочность.
К термопластическим краскам относятся:
- полиэтиленовые;
- поливинилбутералевые;
- поливинилхлоридные;
- полиамидные;
- пентапластовые и другие.
Реактопласты при нагреве проходят химический процесс полимеризации и обладают:
- повышенной адгезией;
- могут формировать тонкие покрытия отличного внешнего вида благодаря низкой вязкости;
- пониженные температурные условия формирования;
- высококачественные характеристики покрытия в условиях эксплуатации.
Из минусов термореактивых плёнкообразователей можно отметить увеличение времени образования покрытия.
К термореактивным видам относятся:
- эпоксидные;
- полиэфирые;
- полиакрилатные;
- полиуретановые;
- эпоксидно-полиэфирные и др.
Пигменты и наполнители
В красках порошкового вида помимо стандартных требований дополнительно обладают:
- легкостью диспергируемости в расплаве плёнкообразователя;
- устойчивостью к температуре, при которой формируется покрытие, одновременно не изменяя цвет и не разлагаясь;
- инертностью к остальным компонентам состава.
При производстве сухим смешиванием, пигменты и наполнители должны стимулировать к:
- повышению сыпучести;
- снижению свойств комкования и слёживания;
- улучшению «кипения»;
- нанесению порошков на поверхность.
С помощью наполнителей и пигментов могут регулировать следующие свойства порошков и покрытий:
- электризуемость;
- термостойкость;
- теплопроводность;
- электропроводность;
- магнитные свойства;
- износостойкость;
- адгезионную прочность;
- горючесть;
- биологическую инертность;
- демпфирующую способность.
Использование металлических порошков в качестве наполнителей позволяют получать имитацию металлических поверхностей. Существенной трудностью в пигментировании порошкообразных красок является колеровка цвета в соответствии с цветовым стандартом RAL.
В случае отсутствия в порошковых ЛКМ пигментов и наполнителей, возможно получение прозрачных лаковых покрытий.
Пластификаторы
Покраска порошковой краской
В красках порошкового вида влияют как на физико-механические свойства покрытий, так и на температуру и время образования плёнки. Кроме того пластификаторы должны:
- не нарушать агрегатные свойства полимера;
- не ухудшать технологические характеристики(сыпучесть, гранулометрический состав и др.);
- функционировать при температуре плёнкообразования.
Лучше с предъявляемыми требованиями справляются твёрдые пластификаторы, основным недостатком которых отмечается неполная совместимость с полимерами. Чтобы устранить этот недостаток используют комбинированные смеси твёрдых с жидкими.
Модификаторы, отвердители и вспомогательные добавки
Модификаторы способны улучшать характеристики с помощью физической или химической модификации. При этом наибольшее распространение получила физическая модификация за счёт добавок различных плёнкообразователей. Модификаторы регулируют и технологические параметры порошковой краски, такие как вязкость расплава, температура текучести и сыпучесть порошков.
Отвердители являются необходимым компонентом красок на основе термореактивых плёнкообразователей. Для активации процесса отверждения используют ускорители, соответствующие конкретным отвердителям. Если для процесса отверждения двухкомпонентных жидких красок достаточно смешать составляющие, то в порошковых красках все компоненты находятся в исходном составе без взаимодействия. Отвердители активируются только при температуре «спекания», «запуская» процесс отверждения после расплавления плёнкообразователя и формирования жидкой плёнки.
Отверждающая система является важным компонентом термореактивных красок, от которого зависит не только стабильность и условия отверждения, но и эксплуатационные характеристики получаемого покрытия (внешний вид, физико-механические и защитные свойства).
Вспомогательные добавки позволяют повысить:
- атмосферную стойкость покрытия за счет снижения фотодеструкции полимеров при воздействии солнечной радиации;
- стойкость к перепадам температуры;
- сыпучесть порошка;
- растекание расплава и т.д.
Технология производства порошковых красок
Распространенные варианты изготовления:
- Сухое смешивание компонентов.
- Смешение компонентов в расплаве с последующей дезинтеграцией до необходимого размера.
Метод производства порошков сушкой распыляемых жидких красок распространения не получил из-за значительных потерь растворителей, высокой себестоимости красок.
Сухое смешивание компонентов является главным вариантом изготовления порошковых красок из термопластичных материалов. Производство обходится без дорогостоящего оборудования и значительных трудовых затрат. Сложность состоит в получении стабильных, нерасслаивающихся при хранении и использовании композиций с равномерным распределением малых добавок.
Смешение компонентов в расплаве дает высококачественные однородные порошки со стабильным составом и структурой. Способ длителен, имеет много стадий, требует дорогостоящего и сложного оборудования. Может использоваться для любых твердых плёнкообразователей, но применяется в основном для реактопластов.
Покраска порошковой краской
Покраска автомобильных дисков порошковой краской
Основные способы нанесения порошковых красок на окрашиваемую поверхность:
- электростатическое распыление;
- в «кипящем слое».
Напыление порошка производится специальным пистолетом в покрасочной камере, в системе вентиляции которой имеются улавливатели порошка для его повторного использования.
При покрытии в «кипящем слое», порошок за счет равномерной продувки воздухом находится в псевдожидком состоянии. Краска наносится на поверхность детали путём окунания детали в ёмкость с псевдоожиженным порошком.
В обоих случаях частицам порошка перед нанесением специальным электродом придаётся определённый электростатический заряд, который обеспечивает равномерное распределение порошка и удерживание его на поверхности окрашиваемой детали.
После нанесения порошка деталь подвергается нагреву в печи, при котором формируется монолитное жидкое покрытие. Реактопласты дополнительно проходят полимеризацию.
Существующий метод газопламенного напыления порошковых лакокрасочных материалов распространения не получил из-за нестабильности технологии и существенного влияния человеческого фактора.
Порошковая краска: применение, достоинства и недостатки
Окраска изделий из металла
Порошковая краска по металлу первоначально использовалась как замена гальванических покрытий на небольших металлических деталях простой формы при серийном производстве. Экономичность и лёгкость механизации процесса получения покрытий при поточном производстве существенно расширили применение порошковых красок.
Основные потребители порошковых покрытий:
- метизная продукция (проволока, лента, сетка), изделия бытового и сельскохозяйственного назначения;
- металлическая мебель;
- бытовые приборы и оборудование;
- изделия электротехнической промышленности;
- автомобильная промышленность;
- сельскохозяйственное и транспортное машиностроение;
- трубное производство;
- металлическая и стеклянная тара, покрытие позволяет снизить толщину стекла до 30%;
- оборудование химической промышленности;
- строительные конструкции;
- машины и оборудование пищевой промышленности.
На автомобильных заводах успешно работают автоматизированные линии покраски как дисков с производительностью до 3 млн. штук в год, так и автомобильных шасси габаритами до семи метров и производительностью до 58 штук в час. В трубном производстве используют технологию нанесения порошков на предварительно нагретые трубы. Разработаны порошковые краски для неметаллических материалов, таких как стекло, пластмасса, МДФ и другие.
Преимущества:
- лёгкость механизации и автоматизации нанесения покрытий;
- экологичность, отсутствие органических растворителей;
- низкий расход краски;
- возможность использования труднорастворимых полимеров;
- безотходное производство покрытий, практически 100% использование покрасочного материала;
- получение рабочего покрытия необходимой толщины в один слой;
- равномерность слоя краски как на горизонтальных, так и на вертикальных поверхностях;
- возможность нанесения покрытия в труднодоступных местах;
- металл, окрашенный порошковой краской обладают химической стойкостью;
- долговечность;
- износостойкость.
Недостатки:
- склонность к пылевыделению;
- необходимость специализированного оборудования;
- целесообразность использования только при серийном и массовом производстве;
- взрывоопасность взвеси порошка в воздухе.
Видео: порошковая покраска металла
Рекомендовать использование порошковых лакокрасочных материалов в домашних условиях вряд ли уместно. Уникальными эксплуатационными свойствами данные покрытия не обладают, всегда можно найти традиционные материалы, образующие аналогичные или более качественные покрытия. Приобретать специальное оборудование что бы «своими руками» произвести покраску дисков своего автомобиля нецелесообразно.